AppleはiPhone XにTouch IDを搭載し続けるために、ピンホールサイズのセンサーをディスプレイに搭載することができたかもしれない

AppleはiPhone XにTouch IDを搭載し続けるために、ピンホールサイズのセンサーをディスプレイに搭載することができたかもしれない

iPhone XとFace IDの導入以前、Appleは外部から見える指紋リーダーを使用せずにスマートフォンにTouch IDを実装する方法を検討しており、その1つの技術として、ディスプレイパネルに一連のピンホールを設け、画面越しに指紋を捉えるというものがあった。

2017年のiPhone Xの発売は、AppleのiPhone設計に根本的な変化をもたらしました。おなじみのホームボタンが廃止され、エッジツーエッジディスプレイが採用されました。ホームボタンの廃止により、AppleはiPhoneのセキュリティ対策も見直す必要に迫られました。以前はTouch IDがホームボタンに搭載されていたためです。

Appleの最終的な答えは、指紋の代わりにTrueDepthカメラアレイを使ってユーザーを認証するFace IDに置き換えることでした。他のデバイスメーカーは指紋リーダーをデバイスの別の場所、通常は背面に移動させるだけで済ませましたが、Appleはセキュリティプロセスを根本的に変更することを選択しました。

しかし、米国特許商標庁が木曜日に公開した特許出願によると、AppleはTouch IDを搭載するスペースがないと思われる大型ディスプレイを採用しながらTouch IDを維持する方法を検討していたことが明らかになった。「光学イメージセンサー上に配置されたピンホールアレイマスクと、横方向に隣接する光源を含む電子デバイス、および関連方法」という出願は、iPhone X発売の1年以上前の2016年5月23日に提出されており、当時もまだ検討中だったことが示唆されている。

要するに、この出願では、ディスプレイパネルに多数の小さな穴を設け、そこから光を透過させて下層の光学画像センサーに届ける方式が示唆されている。ユーザーの指に光を当てると、反射光が穴を通って光学センサーに到達し、指紋を生成できる可能性がある。

ディスプレイの断面図。指紋読み取りのために光がディスプレイを通過できるようにするピンホールが見える。

ディスプレイの断面図。指紋読み取りのために光がディスプレイを通過できるようにするピンホールが見える。

十分な広さの領域をカバーするために多数の穴が設けられ、ディスプレイパネル上のピクセル間の間隔は均等に配置されるため、ユーザーから容易に視認されることはありません。また、イメージングセンサーの横に隣接する光源も、穴を通してユーザーの指に光を照射するために用いられます。ディスプレイパネルからの光でも同様の効果が得られますが、別の光源を用いることでディスプレイを他の用途に使用できるようになり、指紋読み取りに赤外線や紫外線を使用することも可能になります。

ディスプレイパネルとピンホールアレイマスク層の間に透明層を使用することもできます。これにより、光がユーザーの指に反射して穴に戻り、センサーまで通過するためのスペースを確保できます。

ピンホールを複数使用することで、ユーザーの指の画像を作成するのに十分なデータをセンサーに供給できます。プロトタイプのテスト画像では、このコンセプトがミクロンレベルのテキストや線まで認識できることが示されており、指紋認識には十分すぎるほどです。

Appleは、このシステムの使用により、必要なときに指がディスプレイに触れるだけで認証手順が省略されるため、ユーザーの時間を節約できる可能性もあると示唆している。

プロトタイプハードウェア上でこの技術によって撮影できた画像の例

プロトタイプハードウェア上でこの技術によって撮影できた画像の例

Apple は毎週多数の特許や申請書を USPTO に提出しているが、記載されているコンセプトが将来の製品やサービスに採用される保証はないものの、同社の研究開発活動にとって興味深い分野を示していることは確かだ。

Appleが指紋を読み取るために考案した方法は、ディスプレイの穴を使うだけではありません。4月に同社に付与された特許は、音響トランスデューサーを用いてディスプレイ表面を振動させ、指紋の隆起部との接触によって変化する波形をモニターする技術に関するものです。

この技術が採用されれば、実質的にディスプレイ全体を指紋リーダーに変えることができ、指がディスプレイのどこに触れても、どの角度であっても生体認証要素をキャプチャできるようになります。